JP4763251B2

JP4763251B2 - 撮像用装置とその製造方法とカメラモジュール

Info

Publication number: JP4763251B2
Application number: JP2004137727A
Authority: JP
Inventors: 泉小林; 敏幸誉田; 正司竹中; 晋森屋; 広志青木; 宏治澤畑; 慈男入口
Original assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Current assignee: Fujitsu Semiconductor Ltd
Priority date: 2004-05-06
Filing date: 2004-05-06
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2024-05-06
Also published as: JP2005322695A

Description

本発明は、撮像用装置に関わり、特にカメラモジュールに組み込まれる撮像用素子の製造工程において受光面が保護された撮像用装置に関する。

一般に、ビデオカメラやデジタルカメラなどに用いられる撮像用素子は、一般的に、ウエハプロセスの前工程を終わった半導体ウエハがチップ状にダイシングされてカメラモジュールと呼ばれる半完成部材に組み立てられる。

撮像用素子の半導体チップをどのように実装してカメラモジュールに組み上げるかについては、いろいろな提案がなされている。

カメラモジュールは、収納容器の底部の回路基板にチップ状の撮像用素子が固着されて回路基板と端子接続され、撮像用素子の受光面側は封止ガラス板で収納容器が密封される（例えば、特許文献１参照）。
また、被写体像の入射光を透すレンズを保持するレンズホルダによって光学ガラスで覆われた光電変換素子を封じる構成もある（例えば、特許文献２参照）。

図５は従来のカメラモジュールの一例の構成断面図で、図５（Ａ）はモジュールの全体図、図５（Ｂ）は撮像用素子の半導体チップの拡大断面図である。

図５（Ａ）に示したカメラモジュール２００においては、セラミックなどからなる印刷配線された基板２０３の上に撮像用素子１のチップ１０１を載置する。基板２０３の背面には図示してない制御回路と接続するために、例えば、ハンダボール２０４が配設されている。チップ１０１の周縁に設けられた電極１３は、基板２０３上の端子とＡｕ線によるワイヤボンデングなどによって結線する。基板２０３の上にはチップ１０１を包むようにケース２０１を被せて封じる。このケース２０１は、上下部が開口した断面視凸形状で、中間部分が水晶などからなる保護ガラス２０５によって封着されている。上部の開口には外部からの被写体像５を取り込む撮像レンズ２０２を設けた構成になっている。

図５（Ｂ）において、撮像用素子のチップ１０１は、中央部位が受光部１１になっており、周縁部には基板と結線するための電極１３が設けられている。受光部１１には、デジタル画像のピクセルに対応する受光素子が並んでおり、受光素子の上にはカラー画像を撮像する場合には、カラーフィルタ２が設けられており、さらに、カラーフィルタ２の上にはマイクロレンズ３が設けられている。

チップ１０１の受光部１１に設けられるレンズは受光素子に対応した小さなものでマイクロレンズと呼ばれるが、例えば、ＰＭＭＡの精密モールド成形品が用いられる。カラーフィルタ２にはいろいろな形態があるが、受光素子に対応したドッド状のＲＧＢに対応するもので、着色したフィルタが薄いガラス基板やプラスチックフィルム上に、染料や顔料を厚膜や薄膜形成技術によって成膜したものである。

チップ１０１を保護するために封止に用いられる保護ガラス２０５には水晶板なども用いられ、厚さは、例えば、０．４ｍｍ程度である。また、保護ガラス２０５には、赤外線カットフィルタや可視光の反射防止膜などが設けられ、例えば、金属の酸化物やフッ化物などの誘電体の蒸着薄膜が多用される。

こうして、従来のカメラモジュールにおいては、モジュールに実装された撮像用素子に被写体像が入射するまでの間に、外部からの被写体像を取り込むレンズとか撮像用素子の受光部に光像を結像させるマイクロレンズ、ベアチップを保護する保護ガラス板、カラー撮像するためのカラーフィルタなど、いろいろな部材が必須の構成要素として介在している。さらに、赤外線カットフィルタとか反射防止膜などが介在するように設けられたものもある。

このように、カメラモジュールを構成するには、撮像用素子のほかにいろいろな構成要素が加わる。しかし、撮像用素子としての半導体チップは、ウエハプロセスにおいて、バックグラインドされ、チップ状にダイシングされる工程を経て、半導体チップとして完全に仕上がったものとして扱われている。そのため、カメラモジュールなどに実装する撮像用素子としての半導体チップを完成させる過程で生ずる不具合についての対応を述べたものは見当たらない。
特開平１１−１１１９５９号公報（図２参照）特開２００２−２２３３７８号公報（図１参照）

ところで、撮像用素子の半導体チップは、カメラモジュールに実装される前に、他の半導体チップと同じようにウエハプロセスの段階でバックグラインドやダイシングの工程を経てチップ状の素子に仕上がる。

ところが、こうした機械的な加工工程では、削り屑や切り屑といった夾雑物が素子の表面にごみとして付着する不具合が間々生ずる。また、カメラモジュールの組み立てを行う際にも素子の表面にごみが付着することが間々起こる。

しかも、素子が撮像用素子の場合には、受光部のマイクロレンズの凹凸にごみが付着すると、水洗やエアブローを行っても容易に除塵できない。さらに、組み立ての際に受光部にきずが着いてしまうことも起こり得る。こうした不具合は、光像が照射される撮像用素子のとっては致命的な不具合になりかねない。

一般に、半導体素子の表面を平滑にして表面を保護したり付着したごみを除塵し易くしたりするために、素子の表面に保護膜を被着することは従来から行われている。その手法として、ウエハの表面に保護膜となる樹脂を溶剤に溶かした溶液を回転塗布（スピンコート）させることが行われており、保護膜の厚さは、回転塗布の場合に２〜５μｍ程度の厚さである。

一方、ごみはウエハのダイシングの際に付着するものが多く、チップの周縁部が欠けたシリコン片とか、ウエハの背面に貼りつけたダイシングテープの粘着物などである。ごみの大きさは１２μｍ□程度である。こうしたごみは、通常の半導体素子の場合には、素子の上に被着された保護膜によって不具合とはならない。

ところで、撮像用素子の場合には、受光部から被写体像が入射される。その結果、保護膜上に飛散した１２μｍ□程度の大きさのごみが従来の数μｍの保護膜の厚さ、つまり、受光部からの距離では焦点を結んでしまい、撮像に知命的な不具合となる。

そこで、この保護膜の上に飛散して付着したごみは、焦点はずれ（デフォーカス）させて撮像されないようにする必要がある。そのためには、ごみと受光面との距離は、マイクロレンズの被写体深度の関係から、経験的に受光面から１００μｍ以上の距離が必要となる。つまり、保護膜の厚さを少なくとも１００μｍにして、ごみを受光面に対して焦点はずれさせる必要がある。ところが、回転塗布による保護膜形成によっては、１００μｍという厚さの保護膜を形成することができない。

そこで，本発明は、ウエハプロセスにおいて、ダイシングなどの機械加工の前に、保護膜の上に飛散して付着したごみが少なくともマイクロレンズを透して受光部に焦点はずれを起こすに足る厚さの保護シートをウエハ上に貼付して受光部を保護し、ごみが撮像に対して不具合とならないようにすることを目的としている。

上で述べた課題と、請求項１において、撮像用素子の受光面の上に保護シートを有し、該保護シートは、該保護シート上に付着したごみが少なくとも焦点はずれとなる厚さを有するものであるように構成された撮像用装置によって解決される。

つまり、撮像用素子の受光面の保護シートの厚さが、ウエハプロセスの際に保護シートの上に付着したごみが焦点はずれになるほどの厚さ、言い換えれば受光面からの距離になるようにしている。

こうすると、ウエハのダイシングなどによってごみが半導体素子の受光面に付着しても、焦点はずれを起こし、あるいは、ごみを除去する作業の際に受光面を傷つけてしまうといった不具合が起こらない。

次いで、請求項２において、保護シートが、赤外線カット性能または表面反射防止性能の少なくとも一方を有するように構成された請求項１記載の撮像用装置によって解決される。

つまり、撮像用素子の上に設けた保護シートをそのまま残すことができるので、保護シートに予め赤外線カットフィルタを設けて赤外線カット性能を付与したり、または反射防止膜を設けて表面反射防止性能を付与するようにしている。

こうすると、撮像用素子に保護シートを介して撮像用として必要な光学的な性能を予め付与しておくことができるので、撮像用素子として用いる際の組み立てなどの使い勝手が効率的になる。

次いで、請求項３において、撮像用素子のチップの受光面の上に保護シートを有する半導体装置の製造方法であって、剥離シートに粘着剤層を介して保護シートを貼り付け、該保護シートは該保護シート上のごみが少なくとも焦点はずれとなる厚さを有するものであり、次いで、該保護シートの上に接着剤層を塗布して積層シートを形成し、次いで、該積層シートをウエハに配列された該チップの受光面に対応する部位を残して該剥離シート以外の余材を除去し、次いで、該積層シートを該ウエハに位置合わせして該受光面の上に該接着剤層を介して貼り合わせ、次いで、該剥離シートを該保護シートから剥離し、次いで、該ウエハをダイシングして該チップに切断することを含むように構成された撮像用装置の製造方法によって解決される。

つまり、保護シートは、ダイシング前のウエハの段階で、剥離シートの個々のチップ状の撮像用半導体素子の受光部に見合った位置に保護シートを加工構成し、一括して貼り付ける。そのあと、ダイシングによって個々のチップに切断するようにしている。

次いで、請求項４において、請求項１記載の撮像用装置が搭載されているように構成されたカメラモジュールによって解決される。

つまり、本発明になる撮像用素子を含む撮像用装置は、受光部に保護シートが設けられているので、チップ状に分割すればそのままカメラモジュールに搭載して用いることができる。

次いで、請求項５において、撮像用装置が有する保護シートがカメラモジュールの保護機能を有するように構成された請求項４記載のカメラモジュールによって解決される。

つまり、本発明になる撮像用素子を含む撮像用装置は、保護シートの上にごみが付着しても焦点はずれを起こすほどに厚いものにしている。

従って、カメラモジュールに搭載すれば、カメラモジュールの筐体にさらに保護ガラスのような保護機能を有する手段が必要ない。しかも、保護シートに予め赤外線カット性能とか表面反射防止性能を付与することができる。従って、カメラモジュールに搭載する撮像用装置として好都合である。

本発明によれば、従来の撮像用装置に用いる撮像用素子のような、ウエハプロセスを経てチップ状に切断するために行うダイシングなどの機械加工の際に受光部に付着するごみ対策が緩和される。しかも、保護シートに予め赤外線カット性能とか表面反射防止性能を付与しておけば、カメラモジュールへの搭載も容易となる。

その結果、本発明は、今後ますます発展が期待できるデジタルカメラ関連製品の製造合理化に対して、大いに寄与する。

撮像用素子の受光部に保護シートを設ける。該保護シートの厚さが、少なくとも該保護シートの上に付着したごみが焦点はずれを起こすような厚さになるように構成する。

このために、保護シートは回転塗布のような塗工手段ではなく、剥離シート上の受光部に対応する部位に保護シートが保持された積層シートを構成し、受光部に貼り付けてから剥離シートを剥ぎ取って保護シートを残すようにする。
〔第一の実施の形態〕
請求項１に関わるもので、図１は本発明になる撮像用装置の説明図で、図１（Ａ）は模式的な断面図、図１（Ｂ）は平面図である。

図１において、本発明になる撮像用装置１００は、ＣＣＤやＣ−ＭＯＳあるいは化合物半導体などからなる撮像用素子１からなる一つのチップ１０１で構成される。受光部１１が方形の基板１２の中央部位に構成されており、基板１２の周縁部には駆動回路などに連なる電極１３が設けられている。

受光部１１には、撮像した際に個々の画素に相当する数μｍ□の受光素子が一次元または二次元に配設されている。例えば、スキャナのラインセンサの場合には、一列の数千個の受光素子が列設しており、デジタルカメラ用として用いる場合には数百万個の受光素子が格子状に配設されている。

カラー撮像用の場合には、受光部１１にカラーフィルタ２が設けられる。このカラーフィルタ２は、本来は分光特性をもっていない受光素子に感色性をもたせるものである。光の三原色のＲＧＢのそれぞれの分光が撮像用素子１の個々の受光素子に対応するように、厚膜や薄膜の成膜技術などを用いて微小なフィルタを構成している。

さらに、受光部１１には、マイクロレンズ３が設けられる。このマイクロレンズ３は、入射した被写体像５を効率よく個々の画素に入力されるようにするもので、例えば、ＰＭＭＡなどの透明なプラスチックの精密モールド成形によって製造する。

さらに、受光部１１には、保護シート４を貼り付けてある。この保護シート４は、撮像用素子１をチップ１０１にダイシング加工する前のウエハプロセスの過程で貼り付けたものである。この保護シート４は、例えば、ポリエステルの透明なプラスチックのシートからなり、マイクロレンズ３の上に接着剤層４３を介して接着されている。この保護シート４は、例えば、厚さが１００μｍあり、回転塗布などによって形成する従来の保護膜とは膜厚が全く異なる厚さになっている。

つまり、保護シート４の膜厚は、撮像に不具合を生じさせないように保護シート４の上に付着したごみが焦点はずれ（デフォーカス）になる距離に設定している。例えば、経験的に、ごみの大きさの占める面積比が、少なくとも受光素子面（画素）の大きさの１０％以下であれば撮像に不具合が生じない。また、当然のことながらごみが受光素子面から遠ざかるに連れて有利になる。

例えば、Ｆ値：２．８、焦点距離：３．３６、受光面（画素）の大きさ：５．６μｍ□の場合、受光面上に２μｍ□以上の大きさのごみが存在すれば不具合が生じる。しかし、この２μｍ□のごみが受光面から２μｍ以上遠ざかっていれば不具合とはならない。さらに、ごみが受光面から１００μｍ遠ざかれば１３μｍ□の大きさのごみまでが許容でき、ごみが受光面から４００μｍ遠ざかれば４７μｍ□の大きさのごみまでが許容できる。

ところで、撮像用素子１をチップ１０１にダイシングする際に付着する切り粉などの付着物は、１２μｍ□程度の大きさであることが分かっている。従って、保護シート４の厚さを１００μｍにして、保護シート４上に付着したごみを受光面から遠ざければ不具合を生じないようにすることができる。
〔第二の実施の形態〕
請求項２に関わるもので、図１において、本発明になる撮像用装置１００は、組立半完成品として、例えば、カメラモジュールなどに適用できるように、保護シート４に赤外線カット性能または表面反射防止性能の少なくとも一方を付与する。

つまり、撮像用素子１として、撮像に不要な被写体像５に含まれる赤外線成分をカットする必要がある。その際には、例えば、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２などの赤外線を吸収する誘電体薄膜を蒸着などによって予め保護シート４に被着する。

また、保護シート４には、被写体像５の可視光成分を十分に透光して表面で反射しないようにする必要がある。その際には、例えば、ＭｇＦ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの誘電体薄膜を蒸着などによって反射防止膜を予め保護シート４に被着する。

こうして、保護シート４には、膜厚によって付着したごみを受光面から遠ざけて焦点はずれにするだけでなく、赤外線をカットしたり、表面反射防止したりする機能も付与することができる。
〔第三の実施の形態〕
請求項３に関わるもので、図２は本発明になる撮像用装置の製造方法の説明図で、図２（Ａ）は保護シートのダイシング前の模式的な平面図、図２（Ｂ）は一部拡大平面図、図３は保護シートの製造プロセス図である。

図２において、保護シート４は、撮像用素子１がダイシングされる前のウエハ６全面に貼り付けてからチップ１０１にダイシングされる。そして、図２（Ｂ）に示したように撮像用素子１の受光部１１のみが覆われるように構成する。

図３（Ａ）において、保護シート４は、剥離シート４１の上に粘着剤層４２を介して保護シート４が貼り合わせてあり、その上に接着剤層４３を貼り合わせた積層シート４０になっている。

積層シート４０のうちの剥離シート４１は、最後の工程で剥ぎ取るまで保護シート４を支持する役目を有するものである。粘着剤層４２は、保護シート４を剥離シート４１から剥離するものなので、再剥離型の粘着剤を用いる。剥離シート４１がポリフロン系やポリエチレン系のフィルムなどを用いた場合には、これらのフィルムの表面に層状に塗布して用い、剥離シート４１が紙や不織布のような繊維質の基材からなる場合には、含浸させて用いることもできる。

保護シート４は、例えば、厚さが１００μｍのポリエステルのシートからなる。図示してないが、撮像用半導体素子の受光部に貼り付けるものなので、可視光に対する分光透過率がよいことはもちろんであるが、無色透明で、強靱で傷つきにくく、耐熱性、耐薬品性、耐候性などがよい材料が好ましい。

また、保護シート４には、撮像する被写体像５の特性などの必要に応じて、予め、赤外線カットフィルタとなる誘電体薄膜を被着したり、被写体像５の入射光が反射して損失することを防ぐ反射防止膜となる誘電体薄膜を被着したりしておくことできる。

接着剤層４３は、保護シート４を受光部１１に貼り付けるものである。受光部１１に、例えば、マイクロレンズのような凹凸がある場合には、その凹凸を埋めて接着されることが好ましい。そのため、接着剤層４３にはある程度の厚みが必要である。しかも、接着する前に、次の加工工程を経ることが必要である。従って、接着前にべた着く接着剤は好ましくなく、加熱溶融型とか加圧型などの接着剤を用いる。

図３（Ｂ）において、積層シート４０は、剥離シート４１を残し、図示してないウエハの配設された撮像用半導体素子の受光部に対応する保護シート４の部位を残して、余材部位を、例えば、パンチング用の金型を用いてハーフカットして取り除く。

図３（Ｃ）において、余材を取り除くと図示してないウエハに配列された撮像用素子の受光部の部位に対応した保護シート４が剥離シート４１に支持された積層シート４０ができあがる。
図３（Ｄ）において、ウエハ６の配設されている撮像用素子１の受光部１１に積層シート４０の保護シート４を位置合わせする。

図３（Ｅ）において、保護シート４のそれぞれを受光部１１のそれぞれの上に接着剤層４３を介して接着する。

図３（Ｆ）において、粘着剤層４２を介して接着されている剥離シート４１を保護シート４から剥ぎ取る。そのあと、ウエハ６を通常のダイシング工程によって切断する。そうすると、本発明になる保護シート４によって受光部１１が保護された撮像用装置１００ができあがる。
〔第四の実施の形態〕
請求項４に関わるもので、図４は本発明になるカメラモジュールの模式的な断面図である。

図４において、本発明になるカメラモジュール２００の構成は、ケース２０１の頭部に撮像レンズ２０２が嵌め込まれており、底部は、撮像用素子１のチップ１０１が搭載されるセラミック板に印刷配線された基板２０３に固着されている。このチップ１０１は、受光部１１に保護シート４が設けられた構成になっている。

チップ１０１の電極１３は、基板２０３との間で、例えば、ワイヤボンディングなどによって電気的に接続されている。また、基板２０３の背面にはハンダボール２０４が配設されており、カメラモジュール２００が図示してないカメラなどに搭載される際に制御ボードなどに接続される。
〔第五の実施の形態〕
請求項５に関わるもので、図４において、本発明になるカメラモジュール２００においては、撮像用素子１の受光部１１に保護シート４が設けられている。この保護シート４は、保護シート４に付着したごみを焦点はずれにするために、例えば、１００μｍの厚さを持ち、受光部１１を保護するには余りあるほどの厚さを有している。

つまり、保護シート４が十分に受光部１１を保護する。従って、本発明になる撮像用装置１００を搭載したカメラモジュール２００においては、従来のモジュールでは欠かせなかった破線で示した保護ガラス２０５を設ける必要がない。

産業上の利用の可能性

本発明は、例えば、カメラや携帯電話に組み込まれるデジタルカメラを構成するカメラモジュールに搭載する撮像用装置の構成、および製造方法、カメラモジュールへの搭載に対する合理化、効率化、低価格化に対して寄与できる。

本発明になる撮像用装置の説明図である。本発明になる撮像用装置の製造方法の説明図である。保護シートの製造プロセス図である。本発明になるカメラモジュールの模式的な断面図である。従来のカメラモジュールの一例の構成断面図である。

符号の説明

１撮像用素子
１１受光部１２基板１３電極
２カラーフィルタ
３マイクロレンズ
４保護シート
４０積層シート４１剥離シート４２粘着剤層
４３接着剤層
５被写体像
６ウエハ
１００撮像用装置１０１チップ
２００カメラモジュール
２０１ケース２０２撮像レンズ２０３基板
２０４ハンダボール

Claims

撮像用素子のチップの受光面の上に保護シートを有する撮像用装置の製造方法であって、
剥離シートに粘着剤層を介して厚さ１００〜４００μｍの保護シートを貼り付け、
次いで、該保護シートに接着剤層を塗布して積層シートを形成し、
次いで、該積層シートをウエハに配列された該チップの受光面に対応する部位を残して該剥離シート以外の余材を除去し、
次いで、該積層シートを該ウエハに位置合わせして該受光面の上に該接着剤層を介して貼り合わせ、
次いで、該剥離シートを該保護シートから剥離し、
次いで、該ウエハをダイシングして該チップに切断することを含む
ことを特徴とする撮像用装置の製造方法。
該保護シートが、赤外線カット性能または表面反射防止性能の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１記載の撮像用装置の製造方法。